import java.util.Stack;

public class Sort1 {


    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：
     *      最坏情况下：O(n^2)
     *      最好情况下：O(N)  数据有序的情况下
     *      结论：当给定的数据趋于有序的时候，建议使用直接插入排序
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     *       一个排序本身就是稳定的排序，可以实现为不稳定的
     *       不稳定的不能实现为稳定的
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0 ; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度
     * 空间复杂度：O(1)
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length / 2;
        while(gap > 0) {
            shell(array,gap);
            gap /= 2;
        }
//        shell(array,1);
    }

    public static void shell(int[] array,int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i+=gap) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0 ; j-=gap) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(n^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 不稳定
     * @param array
     */
    public static void selestSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if(array[minIndex] > array[j]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,minIndex,i);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i ,int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }


    /**
     * 双端选择排序
     * 每次找到2个数据  一个最小  一个最大
     * @param array
     */
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while(left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left+1; i <= right; i++) {
                if(array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if(array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array,minIndex,left);
            if(left == maxIndex) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,maxIndex,right);
            left++;
            right--;
        }
    }


    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度 O(n*logn)
     * 空间复杂度 O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while(end > 0){
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }
    public static void createHeap(int[] array) {
        for(int parent = (array.length-1-1)/2;parent >= 0;parent--) {
            siftDown(array,parent, array.length);
        }
    }
    public static void siftDown(int[] array,int parent,int length) {
        int child = 2 * parent+1;
        while(child < length) {
            if(child+1 < length && array[child] < array[child+1]) {
                child++;
            }
            if(array[child] > array[parent]) {
                swap(array,child,parent);
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 冒泡排序：当前代码是优化过的代码，分析时间复杂度的时候，不考虑优化情况
     * 时间复杂度：O(n^2)
     *          若考虑优化：最好情况下时间复杂度是 O(n)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //趟数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            boolean flg = false;
            //每一趟的比较次数
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if(array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if(!flg) {
                break;
            }
        }

    }


    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度  最好情况：O(n*logn)
     *          最坏情况：O(n^2)   有序或则逆序
     * 空间复杂度 O(logn)    O(n)
     * 稳定性 不稳定
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array){
        quick(array,0, array.length-1);
    }
    public static void quick(int[] array,int start,int end){
        if(start >= end) {
            return;
        }


        //三数取中
        int index = minNum(array,start,end);
        swap(array,start,index);


        int par = partition(array,start,end);
        quick(array,start,par-1);
        quick(array,par+1,end);
    }

    private static int minNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else{
                return mid;
            }
        }
    }



    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int tmp = array[left];
        while(left < right){
            while(left < right && array[right]>=tmp){
                right--;
            }

            //挖坑法
            array[left] = array[right];

            while(left < right && array[left] <=tmp){
                left++;
            }
            //swap(array,left,right);

            //挖坑法
            array[right] = array[left];
        }
        //swap(array,left,i);

        //挖坑法
        array[left] = tmp;
        return left;
    }


    /**
     * hoare版
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int tmp = array[left];
        while(left < right){
            while(left < right && array[right]>=tmp){
                right--;
            }
            while(left < right && array[left] <=tmp){
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,left,i);
        return left;
    }


    /**
     * 非递归的快速排序
     * @param array
     */
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        int par = partition(array,left,right);

        Stack<Integer> stack = new Stack<>();

        //左边有两个元素及其以上
        if(par > left+1)  {
            stack.push(left);
            stack.push(par-1);
        }
        //右边有两个及其以上元素
        if(par < right-1) {
            stack.push(par+1);
            stack.push(right);
        }

        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            par = partition(array,left,right);

            if(par > left+1) {
                stack.push(left);
                stack.push(par-1);
            }
            //右边有两个及其以上元素
            if(par < right-1) {
                stack.push(par+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }


    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(n)
     * 稳定性：稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortChild(array,0, array.length-1);
    }
    private static void mergeSortChild(int[] array,int left,int right) {
        //防御性编程
        if(left >= right) {
            return;
        }

        int mid = (left + right) / 2;

        mergeSortChild(array,left,mid);

        mergeSortChild(array,mid+1,right);

        //开始合并
        merge(array,left,mid,right);
    }
    private static void merge(int[] array,int left,int mid,int right) {
        //临时数组
        int[] tmpArr = new int[right-left+1];
        int k = 0;   //tmpArr 数组下标

        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;
        //当两个段都有数据的时候
        while(s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmpArr[k++] = array[s1++];
                /*k++;
                s1++;*/
            }else {
                tmpArr[k++] = array[s2++];
                /*
                k++;
                s2++;
                 */
            }
        }
        //一个段走完了，把另一个段的数组拷贝到临时数组
        while(s1 <= e1) {
            tmpArr[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= e2) {
            tmpArr[k++] = array[s2++];
        }
        //临时数组中存储的是有序的数据  -->  拷贝数据到原始的数据当中
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i+left] = tmpArr[i];
        }
    }


    /**
     * 非·递归归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            //合并
            for (int i = 0; i < array.length; i=i+2*gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, mid, right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
}
